不同的工業相機提供不同的程式設計介面(SDK)，儘管不同介面不同相機間程式設計介面各不相同，他們實際的API結構和程式設計模型很相似，瞭解了這些再對工業相機程式設計就很簡單了。

DMA技術

DMA是一種高速的資料傳輸操作，允許在外部裝置和儲存器之間直接讀寫資料，既不通過CPU，也不需要CPU干預。整個資料傳輸操作在一個稱為"DMA控制器"的控制下進行的。CPU除了在資料傳輸開始和結束時做一點處理外，在傳輸過程中CPU可以進行其他的工作。這樣，在大部分時間裡，CPU和輸入輸出都處於並行操作。因此，使整個計算機系統的效率大大提高。

對於工業相機來說，當CMOS或CCD晶片曝光然後將資料轉到相機快取後，這時候DMA會負責將快取中資料儲存到硬碟上指定位置，正好滿足相機高速大資料的傳輸。一般都會使用DMA來完成實時的資料採集和儲存。

多數時候，DMA控制器存在各種介面的影象採集卡中，包括1394/GigE/USB/Camera Link等，這些採集卡有自己的時間控制單元完成和相機曝光的同步，並控制DMA的存取行為。

工作流程

當相機工作時，就是連續的採集-處理-採集-處理...的過程，但是這就存在一個問題，如果採集的速度比處理速度快，處理不過來，怎麼辦？在實際中，我們使用佇列來解決這個問題，當前幀沒有處理完，下一幀到來時直接放入佇列等待當前處理完成後再處理它。 如下圖 這裡使用三個佇列完成採集和處理同步。 DMA佇列：當CMOS或CCD晶片曝光然後將資料轉到相機快取後，這時候DMA會負責將快取中資料寫入到“DMA佇列”頭Buffer中。 準備佇列：一旦“DMA佇列”頭Buffer被填充完成，會被加到“準備佇列”尾後，這時候會發送中斷通知使用者程式：當前又有一幀資料採集完成，您看著處理吧。 處理佇列：當用戶接收到中斷會自動跳轉到中斷函式中，使用GetFrame拿取“準備佇列”頭Buffer，然後加到當前使用者程式“處理佇列”尾，使用者程式從“處理佇列”頭拿取Buffer處理完成後使用PutFrame將Buffer再新增到原始的“DMA佇列”尾。 需要說明如下幾點： 1.這裡的初始佇列為1-10,都是初始分配為DMA佇列的，這個記憶體分配和釋放過程有的SDK是自己負責的，有的則需要使用者自己分配和釋放，SDK只負責託管使用。 2.一般最開始註冊一箇中斷處理函式，當“準備佇列”填充完成會自動跳轉到中斷函式中，藉此完成同步操作。也可以是使用者自己維護同步結構體，使用查詢和等待的方式判斷“準備佇列”頭是否填充完成，是否該使用者程式獲取資料和處理了。 3.如果使用者處理任務非常簡單，可以去掉“處理佇列”，每次直接GetFrame->處理->PutFrame。如果使用者處理任務比較複雜而不希望出現丟幀的現象，則需要使用者使用“處理佇列”來儲存所有可用的Buffer。 4.這裡佇列也只是能夠解決處理速度比採集速度慢少許的情況，主要是對不同處理速度做平均來保證採集和處理同步。如果每一幀的處理時間太長，這時候“DMA佇列” Buffer全部轉移到“處理佇列” Buffer，就會出現異常情況，這時不同的相機會有不同的處理方法。

資料傳輸和顯示流程

如圖，每個相機可能有不同的流採集器（Grab Streamer）或同一介面上安裝了多個相機(也對應多個流採集器)，對應多個通道（Channel）。對每個通道來說，在實際採集時資料傳輸實際上是拆分成如圖的資料包(Packet) RawData形式傳遞的，記憶體中儲存形式為一維陣列，在每一幀影象的起始存在不同的標識表明一幀的開始和結束，每一個Packet都有標識表明當前所屬的通道。為了顯示影象，使用者程式需要重新將一維陣列資料拼裝成影象形式，這一過程由使用者完成，通常可藉助OpenCV或MIL等影象處理包完成該操作。

程式設計模型和流程

對於相機來說，常見程式設計時我們關注三個物件——相機物件、採集物件、引數物件。 相機物件(Camera Object)：負責相機的連線、斷開等工作。 採集物件(Grab Streamer)：負責相機的採集佇列分配、相機單幀、連續採集。 引數物件(Parameter Object)：負責相機引數的設定。 不同的SDK可能安排不一樣，一般來說要不是三種物件的功能合併到“相機物件”中，要不是分為三種物件，其實採集物件和引數物件都是在“相機物件”上封裝而來。 通用程式設計流程如下圖：
可以看到相機程式設計需要做三方面工作：

1.初始化操作

首先初始化相機驅動Com環境，然後遍歷得到當前的相機列表，根據相機ID或List 編號選擇對應相機。 之後連線指定相機，首先設定本次採集的相機引數(幀速、影象大小、縮放比等)，然後是分配和註冊當前DMA佇列，這裡有的是使用者完成，有的是SDK完成。 之後先開啟DMA邏輯等待相機採圖，然後使相機開始工作採圖，整個系統就按照之前工作流程運作起來了，許多SDK將“開啟DMA”和“相機開始工作”合併為“開始採集”。

2.結束操作

先停止相機工作再關閉DMA邏輯，許多SDK將“開啟DMA”和“相機開始工作”合併為“結束採集”。 然後清理DMA佇列，和分配時對應，這裡有的是使用者完成，有的是SDK完成。 最後斷開相機並清理工作環境。

3.中斷響應操作

當相機一幀採集完成後，自動跳轉進入中斷回撥函式，這裡分了兩種中斷回撥函式。 第一種為簡單的取Buffer->處理->放回。 第二種結合Windows的訊息佇列，在此處再給一個“處理佇列”，給處理一個緩衝時間。 這裡的處理包括常見的影象處理、計算和顯示及RawData拼裝為影象等用到Buffer的地方。 前面也說過，常用的是中斷響應處理，除此之外，自己去查詢Buffer填充狀態並作相關同步操作在某些場合也會用到，這個請查詢不同相機SDK給出的同步方案。 差不多所有的工業相機SDK都是這樣的程式設計模型和流程，AVT 1394相機和Basler Camera Link相機和AVT GigE相機相關程式碼在筆者網站可下載，還有之前講的Basler Pylon SDK相機程式設計，他們基本流程都是一樣，恕不詳述！